螺旋桨对潜艇热尾流浮升规律影响的数值模拟.docx

【螺旋桨对潜艇热尾流浮升规律影响的数值模拟】是关于潜艇在水下航行时，由于冷却水排放导致的热尾流浮升现象及其影响的研究。潜艇在航行过程中，会将大量的废热排放到水中，这些废热与背景水体混合形成温热水团，进而引发浮升和扩散。在海洋表面，这种热尾流可能会形成红外尾迹，成为潜艇位置的潜在暴露标志，因此，对热尾流的研究对于反潜作战和潜艇隐身至关重要。 早期的研究多采用缩比模型试验和数值模拟方法。例如，Merritt通过实验发现，尾流的垂直衰减与掺混程度、内外温度梯度和螺旋桨扰动有关。杨卫平等建立了缩比潜艇模型，通过红外热像仪监测水面热尾迹变化，揭示了航行后水面温度的显著改变。张修峰等人则发现了不同温度环境对尾迹形态的影响。 随着计算能力的提升，数值模拟方法逐渐发展，主要包括“来流法”和“动网格法”。来流法让潜艇静止，水体以潜艇速度流动，从而模拟潜艇与水的相对运动，能有效缩短计算时间。Moody等人运用此方法观察到尾流中的大尺度涡流。动网格法，包括重叠网格技术和传统动网格技术，能够实现潜艇真实运动，其中重叠网格技术通常能提供更精确的结果。 螺旋桨在潜艇热尾流形成中扮演关键角色。Brucker等人通过直接数值模拟显示，自推进潜艇的尾迹特征与拖曳模式不同，其尾迹更长，消减更快。张旭升等人发现，螺旋桨的转动加速了高温水与环境水的掺混，影响海面尾迹的形成和特征。这些研究证实了螺旋桨对潜艇尾流的重要影响。 目前，尽管动网格法在二维和有限的三维模拟中表现出高精度，但尚未有公开文献在三维空间全面研究螺旋桨对热尾流浮升扩散的具体影响。本文旨在基于三维热尾流排放运动模型，深入探讨螺旋桨如何影响潜艇热尾流的浮升扩散规律。 物理模型方面，潜艇模型参数如表1所示，包括长度、直径、排放口尺寸等。数学模型采用雷诺平均方法，建立连续性方程、动量方程和能量方程，以及Realizable k-ε湍流模型，来描述热尾流浮升扩散过程中的流动和能量变化。通过这些方程，可以分析螺旋桨的旋转如何影响尾流的形成、速度分布和温度场。 该领域的研究聚焦于理解潜艇热尾流的形成机制，以及螺旋桨在这一过程中的作用，这对于潜艇隐身技术的改进和反潜策略的制定具有重要意义。未来的研究方向可能包括更复杂环境下的热尾流模拟，以及更精细的螺旋桨影响分析。